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標題: STM32實(shí)現IIR濾波器，可用matlab生成的頭文件 [打印本頁(yè)]

作者: warmonkey 時(shí)間: 2011-1-30 19:51
標題: STM32實(shí)現IIR濾波器，可用matlab生成的頭文件
matlab的fdatool是好東西，不過(guò)很多人不知道該怎么使用它生成的C頭文件。
趁著(zhù)放假有時(shí)間，摸索了幾天，終于搞定。

該程序已經(jīng)用于心電采集實(shí)驗
導聯(lián)aVF，帶寬1-25Hz

實(shí)驗過(guò)程中圖片
file:///C:/Users/WARMON%7E1/AppData/Local/Temp/moz-screenshot-2.png

屏顯

不多說(shuō)，切入正題
這里有個(gè)fdatool設計的IIR高通濾波器，采樣率400Hz時(shí)截止頻率1Hz。
設計定型之后，要做些調整。
以下說(shuō)明中的英文名詞有些可能對不上fdatool界面上的原文，請大家意會(huì )吧
第一步：
點(diǎn)擊菜單中的Edit->Convert Structure 選擇Direct Form I ，SOS，（必須是Direct Form I，  II不行）
一般情況下，按照默認設置，fdatool設計都是由二階部分串聯(lián)組成的。
這種結構的濾波器穩定性比一個(gè)section的要好很多，其他方面的性能也好些。
如果不是的話(huà)，點(diǎn)擊Convert to second order sections。
這時(shí)，濾波器的結構（structure）應該顯示為 Direct Form I，second order sections
第二步：
選擇quantize filter，精度選擇single precision floating point （單精度浮點(diǎn)）
之所以不用定點(diǎn)是因為噪聲太大，也不容易穩定。
點(diǎn)擊菜單中的Targets -> generate c header ，選擇export as：single precision floating point （單精度浮點(diǎn)）
填寫(xiě)變量名稱(chēng)時(shí)，把NUM改成IIR_B，DEN改成IIR_A,其他不用動(dòng)，保存為iir_coefs.h

保存好的文件如下：
//一大堆注釋
//然后：
/* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
#include "tmwtypes.h"
/*
* Expected path to tmwtypes.h
* C:\Program Files\MATLAB\R2010a\extern\include\tmwtypes.h
*/
/*
* Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.
* The resulting response may not match generated theoretical response.
* Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate
* single-precision filter coefficients.
*/
#define MWSPT_NSEC 9
const int NL[MWSPT_NSEC] = { 1,3,1,3,1,3,1,3,1 };
const real32_T IIR_B[MWSPT_NSEC][3] = {
{
   0.8641357422,             0,             0
  },
  {
            1,          -2,             1
  },
  {
   0.9949035645,             0,             0
  },
  {
            1, -1.999938965,             1
  },
  {
   0.9985351563,             0,             0
  },
  {
            1, -1.99987793,             1
  },
{
   0.9996337891,             0,             0
  },
  {
            1, -1.99987793,             1
  },
  {
            1,             0,             0
  }
};
const int DL[MWSPT_NSEC] = { 1,3,1,3,1,3,1,3,1 };
const real32_T IIR_A[MWSPT_NSEC][3] = {
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1, -1.938049316, 0.9401855469
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1, -1.989501953, 0.9900512695
  },
{
            1,             0,             0
  },
  {
            1, -1.996887207, 0.9971923828
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1, -1.999084473, 0.9993286133
  },
  {
            1,             0,             0
  }
};

第三步：
打開(kāi)iir_coefs.h把MWSPT_NSEC替換成IIR_NSEC,
NL、DL數組刪除掉，real32_T改成float ，
其中有一個(gè)#include "twmtypes.h",不要它了，刪掉
改完的文件如下：

#define IIR_NSEC 9
  //原來(lái)叫做MWSPT_NSEC

const float IIR_B[IIR_NSEC][3] = {
  //為什么改為float很明顯了吧
  {
0.8641357422,             0,             0
  },
  {
            1,          -2,             1
  },
  {
0.9949035645,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.999938965,             1
  },
{
0.9985351563,             0,             0
  },
  {
            1, -1.99987793,             1
  },
  {
0.9996337891,             0,             0
  },
  {
            1, -1.99987793,             1
  },
  {
            1,             0,             0
  }
};

const float IIR_A[IIR_NSEC][3] = {
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.938049316,  0.9401855469
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.989501953,  0.9900512695
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.996887207,  0.9971923828
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.999084473,  0.9993286133
  },
  {
            1,             0,             0
  }
};

保存文件，然后使用以下代碼進(jìn)行濾波
這段代碼是根據Direct Form I 2階IIR濾波的差分方程編寫(xiě)的
a0*y[n] = b0*x[n] + b1*x[n-1] + b2*x[n-2] - a1*y[n-1] -a2*y[n-2];

//iir_filter.c
#include "../platform.h"

//#include "iir_coefs.float.flat.h"
//#include "iir_coefs.float.sharp.h"
#include "iir_coefs_pass@2Hz_stop@0.8Hz.h"
#include "iir_filter.h"

static float y[IIR_NSEC][3];
static float x[IIR_NSEC+1][3];

//IIR_NSEC階直接型II IIR濾波器
//IIR_NSEC個(gè)二階biquad串聯(lián)
int16 iir_filter(int16 in)
{
   uint16 i;

   x[0][0] = in;

   for(i=0;i    {

      //  y[0] = x[0]*IIR_B[0] +x[1]*IIR_B[1] +x[2]*IIR_B[2]-y[1]*IIR_A[1]-y[2]*IIR_A[2];
      y[0] = 0;

      if(IIR_B[0] == 1) y[0]+=x[0];
      else if(IIR_B[0] == -1) y[0]-=x[0];
      else if(IIR_B[0] == -2) y[0]=y[0]-x[0]-x[0];
      else if(IIR_B[0] == 0);
      else y[0] += x[0]*IIR_B[0];

      if(IIR_B[1] == 1) y[0]+=x[1];
      else if(IIR_B[1] == -1) y[0]-=x[1];
      else if(IIR_B[1] == -2) y[0]=y[0]-x[1]-x[1];
      else if(IIR_B[1] == 0);
      else y[0] += x[1]*IIR_B[1];

      if(IIR_B[2] == 1) y[0]+=x[2];
      else if(IIR_B[2] == -1) y[0]-=x[2];
      else if(IIR_B[2] == -2) y[0]=y[0]-x[2]-x[2];
      else if(IIR_B[2] == 0);
      else y[0] += x[2]*IIR_B[2];

      if(IIR_A[1] == 1) y[0]-=y[1];
      else if(IIR_A[1] == -1) y[0]+=y[1];
      else if(IIR_A[1] == -2) y[0]=y[0]+y[1]+y[1];
      else if(IIR_A[1] == 0);
      else y[0] -= y[1]*IIR_A[1];

      if(IIR_A[2] == 1) y[0]-=y[2];
      else if(IIR_A[2] == -1) y[0]+=y[2];
      else if(IIR_A[2] == -2) y[0]=y[0]+y[2]+y[2];
      else if(IIR_A[2] == 0);
      else y[0] -= y[2]*IIR_A[2];

      if(IIR_A[0] != 1) y[0] /= IIR_A[0];

      y[2]=y[1];y[1]=y[0];
      x[2]=x[1];x[1]=x[0];

      x[i+1][0] = y[0];
   }

   if( x[IIR_NSEC][0]>32767)  x[IIR_NSEC][0]=32767;
   if( x[IIR_NSEC][0]<-32768) x[IIR_NSEC][0]=-32768;
   return  ((int16)x[IIR_NSEC][0]);

}

//復位濾波器
void iir_reset(void)
{
uint16 i,j;

for(i=0;i {
   for(j=0;j<3;j++)
   {
      x[j]=0;
   }
}

for(i=0;i {
   for(j=0;j<3;j++)
   {
      y[j]=0;
   }
}
}

//iir_filter.h
#ifndef _IIR_FILTER_H__
#define _IIR_FILTER_H__

int16 iir_filter(int16 x);
void iir_reset(void);

#endif

使用方法:
首先寫(xiě)好iir_coefs.h，然后調用iir_filter.c對數據流進(jìn)行濾波
一個(gè)偽代碼例子：
while(運行中)
{
保存到SD卡(iir_filter(讀取ADC采樣值()));
}

這個(gè)函數比STM32 DSP庫中的函數要好很多，DSP庫中的2個(gè)IIR濾波函數都不能連續處理數據流。
記得在開(kāi)始濾波之前重置濾波器
iir_reset();

另：還可以用simulink導出代碼的方式解決，不過(guò)這個(gè)蛋疼的代碼既然弄出來(lái)了，就用著(zhù)吧。。。

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